一種高頻超聲信號發生器的製作方法

2023-05-06 06:35:26

專利名稱：一種高頻超聲信號發生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在線粒度檢測儀表，具體說涉及一種高頻超聲信號發生器。
背景技術：
所有工業礦漿其粒度都不是單一的，都是分布的，所以粒度檢測，本質上都是粒度分布檢測。在線超聲波粒度儀使用6個頻率的超聲波測量礦漿的超聲衰減，由這6個超聲衰減係數構成標定模型，既能反映礦眾中粗的成分，也能反映細的成分，這樣測出每個粒級是真實的，超聲衰減的粒度測量是礦漿中大量顆粒共同作用的結果，因此測量的一致性和代表性好。每種礦漿中測5個粗細不同的粒級，就能準確表達礦漿的粒度分布。測量槽中每對超聲波傳感器的發射器和接收器之間的距離是固定的，間距的選擇應使電子信號電平最佳。如果間距太大的話，所測量到信號電平太小；如果間距太小的話， 由礦漿作用所引起的信號變化程度不足以用於檢測。間距的確定是要根工廠所提供的粒度和濃度信息進行計算確定的。低頻通道傳感器對典型間距範圍是50 100mm。高頻通道傳感器對典型間距範圍是25 75mm。超聲波在礦漿中的傳播速度大約是1500m/s，因此可以得出超聲波在測量槽內的傳播時間範圍大約是16μ s 66μ S。在微秒級的傳播時間下要做到超聲波在各頻率點的快速切換且每個頻率下發射的超聲信號能夠快速地關斷和開通，實現脈寬可調，避免發射的超聲信號在測量裝置內產生疊加，在各個頻率點工作時的超聲波信號幅值和波形不允許出現任何失真以免影響超聲衰減信號的接收，影響儀表檢測精度。目前包括集成電路發射模塊和分立元件組成的超聲信號發生器發射頻率多為40kHz，很少有驅動頻率達到IMHz以上的。對精度要求極高的超聲檢測領域，現有的超聲信號發生器是難以達到實際要求的。目前尚未有相應的寬範圍(O.5MHz IOMHz)，效果好的高頻超聲信號驅動及高速頻率切換、開關電路設計的報導。

發明內容
針對目前高頻超聲信號發生器存在的缺陷，本發明提供一種能夠驅動標稱負載50 Ω的高頻超聲換能器，在O. 5MHz IOMHz寬頻範圍內實現ns級的頻率切換和開關速度，且驅動信號幅值、波形均無失真發生的高頻超聲信號發生器。解決上述技術問題所採取的具體技術措施是一種高頻超聲信號發生器，其特徵是由三極體(3)、⑷與電阻(7)、(9)、(10)，二極體(5)、(6)及電容⑶組成信號驅動電路，驅動電路輸入端連接到以CPU驅動的數位訊號發生集成電路高頻脈衝輸出端，驅動電路的輸出端即三極體(3)的發射極一端連接到高頻場效應管(2)的柵極上，高頻場效應管
(2)漏極電位D端接入LM317電源電路⑴的輸出端，漏極信號輸出端連接耦合電容(14)的一端，耦合電容(14)另一端與電阻網絡(15)連接，電阻網絡(15)另一端連接到超聲波換能器(16)上。
本發明的有益效果由於高頻超聲信號發生器的輸入信號等同於超聲換能器工作頻率的聞頻TTL脈衝串，經聞頻超聲彳目號發生器中以聞頻場效應管為核心的驅動電路進行激勵，激勵產生的高頻脈衝信號經匹配和調諧網絡產生輸出高頻無失真正弦超聲波，最後由耦合電路驅動超聲波換能器工作。輸出高頻範圍可達到O. 5MHz 10MHz，速度可達到ns級。高頻超聲信號發生器的供電電源有調節單元進行調解，確保輸出的高頻超聲信號幅值穩定無失真。


圖I是高頻超聲波信號發生器電路示意圖。圖2是實施例中電路示意圖。
具體實施例方式
結合附圖詳細說明本發明的結構和工作原理。一種高頻超聲信號發生器，其電路結構如圖I所示，由三極體3，4與電阻7，9，10，二極體5，6及電容8組成信號驅動電路，驅動電路輸入端連接到以CPU驅動的數位訊號發生集成電路(DDS)高頻脈衝輸出端，驅動電路的輸出端即三極體3的發射極一端連接到高頻場效應管2的柵極(G極)上，高頻場效應管2漏極電位D端接入LM317常規電源電路I的輸出端，漏極信號輸出端連接耦合電容14的一端，耦合電容14另一端與常規理論計算的匹配電阻網絡15連接，電阻網絡15另一端連接到(O. 5MHz IOMHz)超聲波換能器16上。具體實施例如圖2所示，由三極體3，4與電阻7，9，10，二極體5，6及電容8組成信號驅動電路，其中IK電阻10的一端作為驅動電路的輸入端並與上拉51K電阻9相連，51K電阻9的另一端與+12V電源相連；1K電阻10另一端連接2號1Ν4148 二極體6的正端，2號1Ν4148 二極體6的負端與I號2Ν3904三極體3的基極相連；+12V電源與地之間連接一
O.IuF濾波電容8 ;1K電阻7作為2號2Ν3904三極體4的集電極電阻同時與I號2Ν3904三極體3的基極相連；1號2Ν3904三極體3的集電極連接+12V電源，發射極與基極之間連接I號1Ν4148 二極體5 ;2號2Ν3904三極體4的基極與驅動電路輸入端之間連接電容11，基極與發射極之間連接3號1Ν4148 二極體12。驅動電路輸入端為O. 5MHz IOMHz高頻脈衝串，信號為TTL電平。高電平信號時，信號通過IK電阻10，2號1N4148 二極體6加載到I號2N3904三極體3的基極上，使I號2N3904三極體3導通，+12V直接加到高頻場效應管2的柵極上；低電平信號時，O. 01 μ F加速電容11極性反向，高電平加載到2號2Ν3904三極體4基極上，使2號三極體4導通。高頻場效應管2的柵極經I號1Ν4148 二極體5接地。IK電阻7的作用是當2號2Ν3904三極體4導通時，I號2Ν3904三極體3的基極端被強制拉低，使I號2Ν3904三極體3工作在截止狀態。2號1Ν4148 二極體6的作用是限制2號2Ν3904三極體4的飽和深度，提高開關速度。電容11作用是加強脈衝沿，提高開關速度。3號1Ν4148 二極體12是反向二極體為加速電容11提供反向洩放迴路。51Κ電阻9視為TTL高電平提升到+12V的上拉電阻，並保證功率放大器輸入開路時高頻場效應管2的柵極驅動為低電平，使高頻場效應管2處於關斷狀態。O. IuF電容8為濾波電容，增強信號抗幹擾能力。高頻場效應管2漏極電位VCC端接入LM317常規電源電路的輸出端，電壓調節到20V，此電位是極限電位，是不會改變的，所以供電電源給定調節電壓整定後，輸出信號幅度就固定不變，確保超聲發射信號幅值不低於固定值。最終高頻場效應管2輸出通過O. I μ F耦合電容14經匹配電阻網絡15產生正弦超聲波信號加載到O. 5MHz IOMHz超聲波換能器16上。匹配電阻15的選擇要根超聲波換能器頻率而定，範圍在50 250歐姆，圖中設計為200歐姆。 高頻場效應管的開關速度和工作頻率比雙極三極體高I 2個數量級，載流子渡越時間小於1ns，開關速度和頻率響應速度在本發明設計中得到了很好的應用。
權利要求
1.一種高頻超聲信號發生器，其特徵是由三極體(3)、(4)與電阻(7)、(9)、(10)，二極體(5)、(6)及電容(8)組成信號驅動電路，驅動電路輸入端連接到以CPU驅動的數位訊號發生集成電路高頻脈衝輸出端，驅動電路的輸出端即三極體(3)的發射極一端連接到高頻場效應管⑵的柵極上，高頻場效應管⑵漏極電位D端接入LM317電源電路⑴的輸出端，漏極信號輸出端連接耦合電容(14)的一端，耦合電容(14)另一端與電阻網絡(15)連接，電阻網絡(15)另一端連接超聲波換能器(16)上。
全文摘要
一種高頻超聲波信號發生器裝置，電路結構是驅動電路輸入端連接以CPU驅動的數位訊號發生集成電路，輸出端連接到工作在開關狀態下的高頻場效應管的柵極上，高頻場效應管漏極信號輸出端連接耦合電容，耦合電容與匹配電阻網絡連接，電阻網絡連接0.5MHz～10MHz超聲波換能器。本發明裝置能夠激勵標稱50Ω的高頻超聲換能器，產生0.5MHz～10MHz的高頻超聲波信號。並在寬頻範圍(0.5MHz～10MHz)內實現多種頻率信號的快速切換和開關，速度可達到ns級，且驅動信號幅值、波形均無失真發生。該發生器裝置在在線超聲波粒度儀上得到了應用。
文檔編號G01N15/02GK102721632SQ20111007637
公開日2012年10月10日 申請日期2011年3月29日 優先權日2011年3月29日
發明者喬勇, 崔祜林, 李少華, 楊健, 熊向前, 王永全, 白宇, 趙巖, 邱軍, 黃永剛 申請人:丹東東方測控技術有限公司